TW463023B - A hydrogen cooled hydride storage unit - Google Patents

Description

463023 經濟郎 A7 B7 五、發明說明（丨） '〜 【發明範圍】 本發明一般而言係關於氫氣儲存單元，尤其關於氣氣 冷卻式儲存單元。儲存單元包含皺褶，而超高流動速率之 氫氣係流經由皺褶，藉以將氫化物形成之熱量從儲存材料 5傳送至過剩的氫氣，並從儲存單元中移除熱量。 【發明背景】 本專利之首次申請案說明了一種對氫基經濟結構有幫 助的氫氣儲存單元。儲存單元係藉由使用氣態氫以作為直 接之對流傳熱媒介’而允許快速且有效的冷卻與/或加熱。

10本儲存元件係可有效並有經濟效益地在全部基礎結構系統 之次系統之間傳輸熱量。這種基礎結構系統（從水源至車 輪（from source to wheel)),係為共同審理中的美國專利申 請案號09/444,810之主題’其名稱為“氩基生態系統（A

Hydrogen-based Ecosystem)”，申請日為 1999 年 11 月 22 15曰’發明人為Ovshinsky等人，在此列入作為參考資料（稱 為'810申請案）。此種基礎結構係可藉由氫氣儲存合金而 實現，而氫氣儲存合金已經克服了向來已經被認定是不易 解決的化學、物理、電子與催化之位障（barrier)。這些合 金係完全說明於共同審理中的美國專利申請號〇9/435,497 20中，其名稱為”促使氫基生態系統之高儲存容量合金(High Storage Capacity Alloys Enabling a Hydrogen-based Ecosystem)"，申請日為1999年11月6曰，發明人為 Ovshinsky等人，其乃於此列入作為參考資料（以下稱為 '497申請案"）。‘497申請案係關於到目前為止能解決合 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS)A4規格（210 X 297公举） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) "叙 ϊ I I I ^ ·11111111 L./ V I I I I I I I I - ------------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 v46 30 2 3 A7 I ______B7 I五、發明說明（>) —:— 之無法解決之問題，此問題為：使具有非常快速之動能之 足夠氫氣儲存容量容許氫氣之安全與有效的儲存，用以為 氩基經濟結構提供燃料，例如驅動内燃機與裝有燃料箱之 士輻。在，497申請案中，本案發明人首先揭露具有大約 5高於6%的氫氣儲存容量與異常動能之鎂基合金之製品。 此種革命性的新發現係可藉由以下方式而實現：將材料視 為系統，藉以依能提供需要的催化局部有序環境（例如表 面）的方式，利用化學改良劑以及失序與局部有序之原理 (Stanford R. Ovshmsky所率先開拓），同時設計出儲存與 10高比率充填/釋放循環之主特徵。換言之’藉由控制微粒 與晶粒尺寸、形態、表面狀態、催化活性 '顯微結構、與 儲存容量之整體交互作用的環境，這些原理可允許材料之 調整。 A10與’497窄請案之組合’解決了已經抑制“最終燃 15料（ultimate fuel)”（亦即，氫氣儲存容量與氫基礎結構）之 使用的雙基本位障問題。隨著‘497申請案之合金之使用， 固態氫可被安全地以小船、平底載貨船、火車、卡車等運 送出貨。然而’ 110申請案之基礎結構需要遍及整個系 統地實施熱量管理與有效的熱能利用。本發明能使在基礎 20 結構之次系統間之必需的熱傳遞變得更簡單、更有效、且 更符合經濟效益。 隨著世界人口的膨脹及其經濟的成長，二氧化碳之大 氣濃度逐漸使地球變得溫暖，導致氣候的改變。然而，全 球能源系統係不斷地變動遠離燃燒產生有害氣體之富碳燃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公等> ------------Γ裝---- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------殊. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 %4β3023 A7 --—________B7 _ - 五、發明說明（$ ) 料。專家指出下個世紀末之二氧化碳之大氣指標可能為前 工業時代的兩倍’但專家亦指出：除非使用1〇〇年以上之 較低碳燃料之傾向以外，否則指標將會更高。再者，石化 燃料導致污染’並成為國際間策略軍事作戰之誘因。再者， 5變動能源成本係為全球經濟不穩定之根源。 近乎長達一個半世紀，具有含碳量高之燃料已漸進地 被那些含碳量較低的燃料所取代。首先，含碳量高之木材 在第十九世紀末係漸漸衰退，而被含碳量少之煤炭所取 代。然後’具有較低碳量之石油仍於1960年代取代了煤 10炭。現今’分析人員指出含碳量仍然較低之天然氣可能會 進入其全盛時期’並指出可提供完全不含碳之燃料之氫氣 的時代即將來臨。因此，就與1860年代所產生之每單元 能量而論，不論碳基燃料係仍使用於汽車工業之事實為 何’專家估計今日世界的經濟結構僅燃燒三分之二以下的 15 碳量。 在美國’自從1950年以來，有人估計結合較高能量 效率之較低碳燃料之傾向，係可將每個單位之經濟產物所 排出之碳量減少了大約一半。因此，能源系統之除碳法係 為從系統分析之最後20年顯現之唯一最重要事實。有人 20已經預測到這種演變將在21世紀末附近產生一種無碳能 源系統。本發明係能幫助使那段時期縮短個幾年。在近期， 氩將被使用於汽車、卡車、與工業工廠之燃料箱，誠如其 已經為繞軌道運轉之太空飛行器提供動力一樣。但是，最 後，氫將提供一般的無碳燃料，以符合所有之燃料需求。 本紙張尺度適用中國國家標準（〇；Ν5)ϋ咖χ 297公鸾） ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . I 11 — I I - ^ ·1111!11 4 6 3 0 2 3 A7 五、發明說明（uf 在最近報紙文章中可注意到，特別是位於美國之大型 工業’已經長期懷疑全球係溫暖化之主張，並已㈣鬧地 否定氣候改變之科學。在其他公用事業中，電力公用 最初的見解是：氣候改變之國際條約將削減經濟成長與成 5本機能。現在，已產生戲劇性的改變，於其中之問題最後 被認可，並付出努力以解決這些問題。因此，很令人鼓舞 的’某些世界級的最大公司，例如，，R〇yalDutch/sheU ” 訂 與”BP Amoco”兩大歐洲石油公司，現今明確說明曾經被 認定為邪說的是：全球溫暖化是真實而且是應受賞罰之立 1〇即行動。-些美國公用事業已誓言，藉由他們的發電廠能 尋找方法以減少對大氣環境的傷害。杜邦（Dup⑽〇公司（全 世界最大的化學公司）甚至已經宣稱，其將在十年内自動 自發地將其溫室氣體之排氣減少至199〇年之水平的 35%。汽車工業乃為對於溫室氣體之排氣與其他污染物（不 15論其車輛是多麼具體地減少排氣）之實f上的貢獻者，而 汽車工業現在已經瞭解到需要作改變，這可由它們的混合 電動車輛得到證實。於此領域中，本發明之受讓人已經^ 展了雙向開關半導體元素（0vonic)之鎳基金屬複合式電 瓶，這種啟動式電瓶使得混合電動車輛成為可能之發展 20的。 不 取自於可靠的工業來源之圖！ ’係為說明朝向無碳環 境之社會趨勢，其乃為從画年代早期開始使用木材時 間，一直到大约20〗0年之“氫氣，，經濟結構之初期的函數。 在1800年代，燃料主要是木材’而於木材中之氫與碳之 本紙張尺度適財㈣冢標準（_以規格咖χ撕公薄 ά63023 Α7

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V 463023 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（（〇 組成氣體，而這樣所產生之氫係得以被收集。這些高效率、 輕量型的太陽板亦可配置於農場附近，在水中，或在陸地 上°值得注意的是’用以分解水以形成氫之光電伏特製程 係可以是朝向解決遍及全世界之水淨化之問題的方法。電 5力可被產生以傳輸並將氫氣抽至包含高儲存容量、輕量型 金屬氫化物合金之金屬氫化物儲存台（storage bed)。‘497 申請案之合金之超高容量允許此種氫氣能以固體型式儲 存’並允許氫氣能被平底載貨船、油輪或油罐車、火車或 卡車以供最終使用之安全經濟的型式運輸。能量係為今曰 10任何社會之生活與文明之基本必需物質，而以於此所說明 之方式使用氫以作為基本能源，係將使為了控制石化燃料 而戰的戰爭之可能性最小化。可取代"從油井到車輪（fr〇m well to wheel)”的是，此片語現在可說成是”從水源至車輪 (from source to wheel)" 〇 15 在以往’使用氫以作為燃料或燃料補充之想法已經受 到相當之矚目。雖然世界上的石油保存品是可耗盡的，但 是氫之供應在實際上仍然是未受限的。雖然氫可從煤炭、 天然氣、與其他碳氫化合物中產生，但是，最好是藉由利 用來自太陽之能量以電解水而形成氫，此乃因為太陽主要 20包含氫’而且其本身係被認為是巨大的氫，，爐”。然而，氫 亦可藉由使用任何其他型式的符合經濟效益的能量（例 如：風、海浪、地熱、水力發電、核能等）以電解水而產 生。再者’氫在本質上係為低成本燃料。在任何化學燃料 令’氫具有每單位重量之最高能量密度，而且，因為”燃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公第） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ¾--------訂---------線〔 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 «>'163023

燒”氫之主要副產品係為水，所以氯在本質上並不會 I 此’氫可以是解決多數與世界之能量相關的_ '軋矣改變、巧染、石油之戰略上的從屬物等）之方法， 並能提供幫助開發中國家之方法。 5 雖然氫具有做為燃料之廣大潛力應用，但是，其利用 上之主缺點（特別是在使用例如動力車輛之汽車中）’係已 經缺少可接受的輕量型氫氣儲存媒體。以屋縮氣體形式餘 存氫，必須使用大型與重型容器β因此，如圖2所示，在 5000 psi(磅/每平方英吋（pounds per square inch》之壓縮氫 10氣僅具有31克/升之氫密度。此外，亦需要大型與昂貴的 壓縮機以將氳氣儲存為壓縮氣體，而壓縮氫氣係具有相當 大的爆炸/起火之危險性。 氧亦可被儲存成為液態形式。然而，當使用氫作為機 動車輛之燃料時，因為氫是相當易燃的，所以，以液態储 15存會顯現出嚴重的安全問題。液態氫亦必須保持得相當冷 (低於-253°C) ’而當其溢出或灑出時，係具有高度揮發性。 此外，產生液態氫是很昂貴的，且液化處理所需要的能量 係為藉由燃燒氳而產生之大部分之小量能量。以液態型式 作儲存之另一缺點係為由於蒸鍍現象所導致之氫的大量損 2〇 失，其每天可達到5%。又，如圖2所示，液態氫之儲存 密度只有71克/升。 首先，藉由使用‘497申請案之原子工程合金而將氫 氣儲存成固態氫化物之儲存容量’係可比將氫氣儲存於壓 力槽中成為壓縮氣體或液體之重量百分比的儲存容量.來得 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公等）

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 大。又，以固態氫化物之型式儲存之氫，係為安全且並不 會呈現出以t態或液態儲存於容器中之氮所會產S之任何 一項危險性問題’此乃因4氫在以固態氫化物型式儲存 時’係位於最低的自由能階狀態。又如圖2所示，在7% 5雙向開關半導體元素之熱氫氣儲存合金中之氫之儲存，提 供了 103克/升之氫密度，其乃為壓縮氫氣密度之3倍以 上。 除了關於氣態或液態氫之儲存問題以外，亦存在有關 於依這些型式之風的運送問題。譬如，液態氫之運送將需 10要超級絕熱的儲存槽，這種儲存之重量與體積將會是魔 大的，且將易受破裂與爆炸所影響。又，一部份之液態氫 將一直需要殘留於儲存槽中，以避免儲存槽之溫度上升與 溫度下降，這將會招致巨大的熱損失。關於氣態氫之運輸， 密封加壓的油罐車可用來運輸較小量的氫，但這亦將易受 15破裂與爆炸的影響。至於較大的數量，則需要建構全新的 氫管線運輸系統，或者，將需要採用並修整既存於天然氣 之管線系統之壓縮站 '閥、與襯塾，以供氫使用。當然， 這已假設這些既存的管線之構造材料將適當合氫之運輸。 本發明在‘810申請案之基礎結構系統中是有用處的。 20當將氫運送進入儲存台時，熱量係在氫與金屬的材料產生 反應以形成氮化物時被釋放出。此種熱量必須被移除以允 許氫化反應能繼績直到完成。反之，熱量係在分解氫化物 的期間被吸收以排放氫，而氫化物最好在它們的分解期間 受到加熱，以提供從那處釋放氫之足夠的比率。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公# ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線， 463023 Α7 Β7 五、發明說明（）） 在以往，金屬氫化物材料之加熱與冷卻已能由習知技 術所達成’而習知技術包含加熱或冷卻儲存有材料之容 器’或隔開遍及氫化物材料之儲存台之管線，並促使熱交 換媒介於管線中循環。在這些技術_，傳輸至金屬氫化物 5 之熱量，係取決於容器之面積或延伸到達儲存台之管線之 表面積，並取決於金屬氫化物之熱能傳導之傳遞特徵。亦 有人提出可使用氫氣本身以作為對流的能量載體，從而克 服了上述技術之限制。此外’氫化物之直接冷卻與加熱， 係可容許在充填與釋放運作間之快速彳盾環，從而可增加既 10 疋系統之效率。如.在 “Brookhaven National Laboratory”之 Hofan等人於1976年6月7日至1〇日發表於“St, Louis， Mo.之 SAE Fuel and Lubricants Meeting”之論文號碼 760569所提出的’氫將會經由容器中之金屬氫化物循環 以直接傳輸熱量到所需之處。熱交換將會與在外部熱交換 15器中之氫一同發生，以提供熱量給氫。這種技術係亦使用 於美國專利第4，185,979公報中，其乃公告於198〇年1 月29日，發證給Wo〇ney。然而，縱使熱氫氣儲存台之 直接對流的氫冷卻係為熟習本項技藝者所熟知的，但是並 沒有人已經針對此種型式之冷卻方式設計或最佳化氫氣儲 20存單疋，因此，在本項技術領域中，仍需要這種已經最佳 化之氫氣儲存單元。 (請先閱讀背面之注i項再填寫本頁) 裝 ---訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明提供了-種氳氣冷卻式氫氣儲存元件'其包含 設有氫氣流動通道之氣氣儲存合金材料。流動通道提供了 經由氫氣儲存材料之路徑，以允許高迷氮氣流動。高速氮 5氣流之-部份係儲存於排放其氫化物形成之熱量之儲存材 料之内。其餘之氫係以足夠的質量流率流經氫氣儲存材 料，以移除氫化物形成之熱量。 氫氣儲存合金材料粉末係藉由緊壓與/或燒結而形 成，為一種氫氣儲存材料帶，並可包含支持裝置。支持裝 10置一般係為從由網'格'鑌鋼（matte)、箱，泡床、斑平板 所組成之群組中所選擇之至少一種，且支持裝置係由從 鎳鋁，鋼，鐵與其混合物或合金所組成之群組中所選擇 之-種金屬所形成。然後，實體上接合至支持裝置之健存 合金粉末（如果有的話），係螺旋纏繞成為捲盤（coil)，同 15時在捲盤之螺線内插入多孔材料。氣氣流通通道係藉由使 氣氣儲存合金材料帶之至少一表面起赦摺，或藉由在播盤 ^螺線内插人㈣的材料或泡珠、網、鑌銅（matte)或甚至 是膨脹之金屬薄板而設置於捲盤之内。皺褶的材料或泡 沐、網、鎮鋼或膨脹之金屬薄板係可由金屬或導熱的非金 20屬所形成。 本紙張尺奴財固國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公f II [ f -裝 -------訂_!------^ VI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 463023 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（丨丨） 【圖式之簡單說明】 二為說明社會朝向無碳能源之燃 檢座標為時間，縱座標為Η/C(氫/碳）比率.向 圖2係為以克/升之單位顯示以壓縮氫L 5與7%雙向開關本遙辦-主 風乳、液態氫、 又卩開關+V體π素固態氫化物飞 存的氫之氫氣儲存密度之條㈣表；讀枓之型式儲 圖3顯示在本發明之儲存單元中有用 壓縮氫氣儲存月狀开杜，η 、 '鎮基5金& 時間之圖表 ㈣⑻於3〇〇t下之氫氣儲存對於 3 4:為依據本發明之氫氣儲存單元之局部剖視圖; 在… ㈣存早①之概要描繪圖， " 之虱氣儲存單元係包含有多數儲存捲盤； 圖6係概要顯示出包含依據本發明之氫氣儲存單元之 氫氣儲存台； 圖7係為顯示氫氣加氣站之示意圖； 圖8係為顯示用以提供動力給内燃機車輛之氫氣供應 系統之示意圓；以及 圖9係為顯示用以提供動力給燃料箱車輛之氫氣供應 系統之示意圖。 ίο 15 本紙張尺度巾_家標鸲)· 之圖表

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463023 A7 五、發明說明（|>〇 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 【發明之詳細說明】 當於很高速率下充填時，氫 _ 電腦模擬分析已經顯示出，如：：：：之冷卻需求々 具有中央冷卻通道之環狀管(氣 金材料形成為 通道），則環之厚度極限大約是'2公羞通過此=之在充填時之適當冷卻，從在環狀構二 冷部通叙取大距㈣是2麵H 亦已4定1使用本發明之單元 狀 冷卻通道將會U公釐以上。^有聽儲存材料與 =提供-種由高流動速率之氫進行對流式冷卻之氯 =儲存k，此單元需.要儲存_允許高速率氫氣流經其 中。因此，與其僅使冷卻劑氣體（氫氣）流動遍佈儲存單元 之料面，或環狀儲存材料之單一内表面，寧可使氧氣必 須以尚速率直接流動經由冷卻劑通道之氮氣儲存材料。因 此，儲存材料將需要經由其中之流通通道，以允許高流動 速率之氫冷卻劑U為高速氣體係流經儲存材料，所 以此材：需要緊壓並防止被氫氣流帶走。本發明之儲存單 兀允許间速氫氣流經儲存材料，因而允許有效的對流式加 熱與冷卻，同時防止帶走緊密/燒結儲存合金。 可安全地並有效地儲存與排放氫氣之任何合金，都可 使用於本發明之餘存單元t。特別有用的係為例如欽-錐 基之ABa室溫氫氣儲存合金與高容量鎂基儲存合金之合 金。最有用的係為‘497申請案之高容量、高動能儲存合 金。—般而言，合金包含大於大約：90重量百.分比的鎂， ί Μ--------1--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) x 297公」

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、發明說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 並包含至少一種改良元素。至少— . ^ 文良元素建立了鎂基合 金，其能儲存至少6.9重量百分卟从』蜗丞口 ^ v 圮的虱，並能於3001：持 續I·5分鐘之下’吸收氫之全部儲存 _ *^·置之8 0 4。改良冗^ 素主要包含鎳與Mm(美鈽合金+ ,_ ；並亦可包含例如鋁、釔 (yttrium)與矽之額外元素。因此，人 °金一般將包含0.5-2.5 重里百分比之鎳，與大約1·〇-4 〇番旦τ、 里里百分比之Mm(主要 包含鈽、鑭、與镨）。合金亦可包合 』匕3 —種或以上之3_7重 量百分比的銘，G.1-1.5重量百分比的紀，與G 3] 5重量 百分比的石夕。-種例如已形成為片狀元件加㈣之鎮基 合金的吸收動能之例子係顯示於圖3,於其中係以氮氣儲 存對時間之關係繪出圖表。如圖所示，此材料在3〇〇。〇下， 能在1，4分鐘内儲存6.5重量，百分比以上的氫氣並吸收 重量百分比，這的確是優越的容量與動能。 圖4係為本發明之氫氣冷卻式儲存單元之局部剖視 15圖。此單元包含用以容納儲存捲盤2之殼體丨，而儲存捲 盤2係由插入一片流動通道材料4而螺旋纏繞的氫氣儲存 合金帶3所構成，且流動通道材料4可允許高流動速率之 氫氣能流動經由.储存單元。 氫氣儲存合金帶3包含一種可接合至支持裝置之氫氣 儲存合金。此支持裝置可能是由具有適當之熱力學特徵之 多種材料所形成’而此熱力學特徵係可幫助以使熱能傳遞 進入氫氣储存合金，並從氫氣儲存合金當中傳遞出熱能。 用以支持裝置之有用的材料係包含金屬與非金屬兩者。較 佳的金屬包含從由鎳、鋁、鋼、鐵、與其混合物或合金所 ίο (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) - I I I I I I 1 ·111[!111 * 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公 463023 A7 E7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（d) 組成之那些金屬。可由金屬形成之支持裝置之例子包含金 屬絲網、膨服之金屬 '與泡珠金屬。此種支持材料係可儲 存氫氣，因而可改良儲存單元之整體性能。 氫氣儲存合金材料實體上係可藉由緊壓與/或燒結製 5程以接合至支持裝置。合金材料首先轉換成為細微粉末。 然後，此粉末任意被緊壓至支持裝置之上，以形成儲存材 料帶。緊壓製程導致粉末本身之黏著，而如果把它算在内 的話’則會變成支持裝置之整體部分。在緊壓之後，包含 已充滿合金粉末之任何支持裝置之儲存材料帶係先被預熱 而後被燒結。預先加熱過程釋放過剩的水分，並阻止合金 粉末之氧化。燒結係於高溫下進行，實質上是在包含氫之 惰性氣體進行。此溫度係足夠高，以促進合金材料之微粒 至微粒之接合，並促進合金材料接合至任何之支持裝置。 然後，氫氣儲存合金帶係與為高流動速率之氫氣提供 氫氣流通通道的插入之流動通道材料4之薄板一起螺旋纏 繞成為捲盤。流動通道材料4係由具有高度多孔性的導熱 片狀材料所形力，從而允許經由I元之氮氣之高速流動。 流動通道材料可能由聚合物、或金屬、或甚至是是導熱的 非金屬所形成。聚合物之例子將可以是皺褶的聚丙烯薄 板，多孔性的聚四氟乙烯薄板。金屬（如果有使用的話）將 以皺稽金屬薄板、膨脹金屬、或金屬泡朱、鎖銅（maue)或 網之型式存在。金屬又可能儲存氫氣，藉以增進系統之整 體儲存容量。有用的金屬包含銅、錄、銘、以及其混合物 或口金#用的非金屬可包含導熱之陶竟與導熱之石墨材 10 15 20 私紙張尺度剌巾關家標準（<i^s)A4規格（21〇 X 297公薄 -----------rv 裝--------訂---------線/.V- <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 30 23 A7 ------— R7__ 五、發明綱（（:〇 ' '—' --- 料。非金屬可能以敵褶薄板、泡殊、非金屬纖維之錢鋼 (matte)或網等等之塑式存在。又，非金屬亦可儲存氫氣， 藉以增進系統之儲存容量。吾人應注意到，氮氣儲存合金 帶3與流通通道薄板4可能以任何比例插人，以對儲存合 5金提供足夠的冷卻作用。料，在最終產品中，可能需要 在每個流通通這層中包含多數個氫氣儲存帶層，或反之亦 然。將分離流通通道材料4螺旋地纏繞於捲盤2中之另— 種可選擇之方式為：儲存材料帶3之一個或兩個表面在纏 繞之前可以是皺褶的，從而提供在原處之皺褶。 10 緊壓與燒結合金材料至支持裝置之上，係可增加合金 材料之封裝密度，藉以改善氫氣儲存系統之熱力與動力特 徵。因為氫被吸收與解吸，所以，在支持裝置與合金材料 間之緊密接點，係可增加熱能傳遞至氫氣儲存合金材料與 熱能從氫氣儲存合金材料傳出之效率。此外，遍及容器内 15部之儲存合金/支持裝置之均勻分佈，係可提供遍及合金 材料之儲存台之均勻溫度與熱量分佈。這導致了遍及其整 體之氫之吸收與解吸之更均勻之速率，因而建構更有效的 能量儲存系統。 當在氫氣儲存台中僅使用合金粉末（不使用支持裝置） 20時之一項間題係為由於微粒尺寸縮小所導致的自我緊壓。 亦即’在反覆之氫化與反氫化循環期間，合金材料在吸收 與解吸氫時會膨脹並收縮。吾人已經發現，因為將氫引入 至材料晶格並從材料晶格排出之結果，某些合金材料之容 積可膨脹並收縮最多25%。因為合金材料之尺寸改變之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公@ ) *ί· Γ 裝·！-----訂---II--ί·線 {猜先閱請背面之；si意事項再填寫本頁) A7

4 63023 五、發明說明（（G) 結果/它們會龜裂，遭遇到破裂，並斷裂成更細小與更微 小之微粒。在反覆循環之後，細微微粒會自我緊壓，導致 低效率的氫傳輸狀況，與直接對抗儲存容器之壁面之高應 力。又，在本系統之内，儲存材料之微粒可能被帶走進入 5至尚流動速率之氣體流，並從儲存單元被帶走。 然而，在吸收與解吸循環期間，用以使合金材料附著 至支持裝置上之製程，係可保持合金微粒穩固地彼此接 合，並接合至支持裝置。再者，支持裝置之緊密封裝在容 器内，係可作為一種機械支持部’用以在材料之膨脹、收 10縮、與破裂期間，將合金微粒保持在一定的位置。 捲盤2可能屬於任何軸向長度與直徑，其乃取決於最 終使用之需要。然而，必須將生產機器之經濟成本與物理 能力/實用性納入考量。本發明人所生產之捲盤一般係為 2-5吋之軸向長度，與丨_4吋之直徑。如果期望的話，捲 15盤亦可具有中央之環狀開口，但是這並非是必須的。如果 需要最終使用之應用’且如果期望辅助氫之排放的話，中 央的環狀開口可用以插入燃燒式或電加熱器。 —旦製造出捲盤時，添加容量至任何氫氣儲存單元係 如同將多數之捲盤包封至單一或多重殼體之中一樣簡單。 20如圖4所示’多數的捲盤2可置於殼體1中以形成儲存單 元5。這可允許捲盤之簡單且經濟的製造，但亦藉由將多 數的捲盤結合至系統中而允許大容量之儲存系統。 一旦多數的捲盤2被插入至殼體1中以形成單元5 時，多數之單元可被捆包成為完整之儲存台。圖6顯示多 本紙張尺度適用^國國家標準（CNS)A4規^格（210 X 297公g ~ C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 63023 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（（q 數單元5是如何包封至外殼6以形成這種儲存台9(氮入 。出口埠，以及歧管並未顯示）。此種儲存台9之個別 單元之殼體，亦可經由槔7與8而從外部被冷卻/加熱。 外部加熱/冷卻可藉由氫氣或其他有用的氣態或液態熱能 5傳遞媒介而達成。吾人應注意到，雖然已描綠出具體的儲 存^ 9之與设计，但是熟習本項技藝者應可輕易修改這些 參數，而仍然落在本發明之精神與範_内。 圖7說明一種氫氣加氣站，其詳細顯示在車輛儲存台 9中要如何使用氫以獲得氫化物形成之熱量，並傳輸那些 10熱量至加氣站之主要氫化物儲存台10，用以辅助氫從主 要儲存σ之排放。具體言之，高流動速率之氫係經由冷氫 氣供氣管線11a而從”泵” 13分發至車輛之氫氣儲存台9。 在儲存台内之某些氫係被吸收至氫氣儲存材料中，藉以棑 放氫化物形成之熱量。此種熱量係藉由過剩之冷氫而移 15除。現在被加熱的氫會離開儲存台9，並經由熱氫氣回流 管線12a而傳輸至泵13 ^然後，熱氫氣係經由熱氫氣回 流管線12b而從泵13運送至加氣站之主要的氫氣儲存台 10。熱氫氣將其熱量排放至在儲存台1Q内之氫氣儲存材 料，周以輔助提供所需之熱量（反氫化之熱量以排放儲 2〇存於其中之氫氣。所排放出之氫氣（現在是比較冷）係被提 供至泵13’經由冷氫氣供氣管線llb’而最後再送至車輛 的氫氣儲存台9。這種組合係可允許車輛之儲存台9之快 速填充’更可消除排放熱量之浪費與儲存台之過度加熱。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公薄 Μ--------^--------- (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) ^463023 A7 Β7 五、發明說明（丨斤） 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 20 的内燃引蝥逛燃料箱車輛 本儲存單元對於關於多數應用之氫氣供應係為有用 的。其中一種應用係為汽車之領域。具體言之，儲存單元 可被使用作為内燃機（ICE(internal conbustion engine))或 燃料箱（FC(fuel cell))車輛之氫氣來源。 圖8顯示供ICE車輛使用之氫氣供應系統之示意圖， 其係用以提供具有氫氣之氫氣式引擎21。此系統具有氫 氣儲存台9與引擎廢熱傳遞供應通道23，而引擎廢熱傳 遞供應通道23係用以將從引擎21排放之引擎廢熱（以排 氣或引擎冷卻劑之型式）引導至氫氣儲存台9。此系統亦 包含回流通道24與排氣管27。回流通道24係用以將用 以加熱氫氣儲存材料之任何引擎冷卻劍傳回至引擎21， 而排氣管27係用以排放使用過之廢氣。此系統更包含一 條將來自於氫氣儲存台9之氫氣導引至引擎21之氫氣供 應通道25。引擎廢熱傳遞供應通道23設有溫度調整單元 26 ’用以規範待導入至氫氣儲存台9之廢熱之溫度。以這 種系統，產生於ICE内之廢熱可有效地用以加熱氫氣儲 存材料’藉以從該處排放氫以供使用。 圖9顯示供FC車輛使用之氫氣供應系統之示意圖， 其係用以提供具有氫氣之燃料箱28。此系統具有一個氫 氣儲存σ 9與一條燃料箱廢熱/氫傳輸供應通道,而燃 料I目廢熱/氫傳輸供應通道29係用以將從燃料箱28排放 ^ $料知廢熱與剩的氫氣引導至氫氣燃燒器3〇。來自燃 料箱之廢熱可能以熱氣體或熱含水電解質之型式存在。氫

<諝先閲婧背面之注意事項再填窝本頁) 、-裝--------訂---------^,,ν 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 463023 五、發明說明（丨°| ) 氣燃燒器30係利用來自燃料箱28之廢熱，並藉由燃燒氫 氣而將熱傳輸媒介（最好是以來自燃料箱之含水電解質之 型式存在）予以加熱。來自燃料箱28之未被使用的氫氣， 與經由氫氣供氣管線34而從氫氣儲存台9提供之新到的 5氫现，係被知供至燃燒器30。加熱之熱傳輸媒介係經由 供氣管線33而被提供至氫氣儲存台9。此系統亦包含回 流通道36與排氣排洩35。回流通道36係用以將任何用 以加熱氫氣儲存材料之燃料箱含水電解質傳回至燃料箱 28。排氣排洩3 5係用以排放已經使用過之燃燒器氣體。 此系統更包含一條將來自於氫氣儲存台9之氫氣導引至燃 料箱28之氫氣供應通道31。 雖然已經參考較佳具體實例說明本發明，但是，五人 應理解到，本發明之具體實例與過程並非意圖限制本發明 之範嚀。相反地，吾人應理解到，在不背離本發明之精神 與範·#下所作的種種修改與變化’理當視為是本發明Z等 效設計。因此’本發明之範圍應由以下之申請專^範圍所 決定。 本紙張尺度適用中國囷家標準<CNS)A4規格（210 X 297公赛） 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 6 3023五、發明說明（〆） 【圖式之代號說明】 ι~殼體 3〜氫氣儲存合金帶 5〜儲存單元 5 7~埠 9〜儲存台 11a〜冷氫氣供氣管線 12a〜熱氫氣回流管線 13〜泵 A7 B7 2〜捲盤（儲存材料） 4〜封閉劑薄板 6〜外殼 8〜埠 10〜儲存台 lib〜冷氫氣供氣管線 121>~熱氫氣回流管線 21〜引擎 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝 10 15 23〜引擎廢熱傳遞供應通道 24〜回流通道 25〜氫氣供應通道 26〜溫度調整單元 27〜排氣管 28〜燃料箱 29〜燃料箱廢熱/氫傳輸供應通道 30〜燃燒器 33〜供氣管線 35〜排氣排洩 31〜氫氣供應通道 34〜氫氣供氣管線 36〜回流通道 ----訂---------線/ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公I)

Claims (1)

1. A^cc 463023 六、申請專利範圍 •種氬就冷卻式氫氣儲存元件，包含： 一 si氣儲存合金；以及 複數之氫氣流通通道，設置於該氫氣儲存材料之内’ 該等流通通道提供經由該氫氣儲存材料之路徑，以允許高 5 速之虱氣流動， 該氫氣之一部份係儲存於該儲存材料之内，並排放氫 化物形成之熱量，而該氫氣之其餘部分係以充分之質量流 率流經該氩氣儲存材料以移除氫化物形成之該熱量。 2. 如申請專利範圍第1項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 10件’其中該氫氣儲存合金係為緊壓之粉末合金帶。 3. 如申請專利範圍第2項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件’其中該氫氣儲存合金係為實體上接合至一支持裝置之 緊壓之粉末合金帶。 4. 如申請專利範圍第3項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 15件’其令該氫氣儲存合金實體上係藉由緊壓與/或燒結而 接合至該支持裝置。 5. 如申請專利範圍第3項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件’其中該支持裝置包含從由網、格、鑌銅（matte)、镇， 泡沫、與平板所組成之群組所選擇之至少一種。 20 6·如申請專利範圍第3項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件’其中該支持裝置係由金屬所形成。 7.如申請專利範圍第6項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件’其中該支持裝置係由從鎳，鋁，銅，鐵與其混合物或 合金所組成之群組所選擇之一個或以上之金屬所形成。 本紙張尺度洎用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公楚） -------------裝--- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 一-D，. 線' 费 讨 % % 經遙部智慧財產局員工消費合作社印製 463023 _____88s : --—__ 六、申請專利範圍 ~ "一-— 8. 如申睛專利錢第2項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件其中緊壓之粉末合金帶係螺旋地纏繞成為捲盤（如1)。 9. 如申請專利範圍第8項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件，其中該氫氣流通通道係藉由在將該粉末合金帶螺旋纏 5繞成為捲盤之前，使該粉末合金帶之至少一表面起敏指而 設置。 10. 如申請專利範圍第8項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件，其中該氫氣流通通道係藉由插入流動通道材料至該螺 旋纏繞之捲盤内而設置。 ' 1〇 u.如申請專利範圍第10項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件，其中該流動通道材料係為皺褶的聚合物薄板。 12. 如申請專利範圍第u項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件，其中該皺褶的聚合物薄板係為皺褶的聚丙烯薄板。 13. 如申請專利範圍第n項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 15件，其中該皺褶的聚合物薄板係為皺褶的聚四氟乙晞薄 板。 14. 如申請專利範圍第9項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件’其中該流動通道材料係為皺褶的金屬薄板。 15. 如申請專利範圍第14項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 20件，其中該皺褶的金屬薄板係由從鎳，鋁，鋼，與其混合 物或合金中選擇之至少一種金屬所形成。 16. 如申請專利範圍第1〇項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 件，其中該流動通道材料係為金屬泡沫薄板。 17‘如申請專利範圍第10項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 ------------ki-f. (請先閱讀背面之注音％事項再本/ =° 4· > 本紙張尺度洎ffl中國國家標準（CNS)A4規格（210 χί?97公釐） 蚪 4 6 3 0 2 3 0q88 识 ^BCD 六、申請專利範圍 件 件 件 件 件 其中該流動通道材料係為金屬網薄板。 18.如申請專利範圍第1〇項之氫氣冷卻 其中該流動通道材料係為金屬鑌銅（maJ ^氣儲存元 19‘如申請專利範圍第1〇項之 e)薄板。 其中該流動通道材料係為石墨泡;末it氫氣儲存元 20‘如申請專利範圍第10項之氫氣冷卻式氛氣儲存元 其中該流動通道材料係為石墨網薄板。 21，如申請專利範圍第10項之氫氣冷卻式氫氣儲存元 其中该流動通道村料係為石墨鑌銅（matte)薄板。 -------------i, f靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（21〇 x 297公楚）